JP2023048164A - Illumination optical part and video projection device using the same - Google Patents

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Abstract

To provide an illumination optical part which achieves both miniaturization of an optical system and high image quality, and also to provide a video projection device having a video display part which displays a video using the same.SOLUTION: Disclosed is an illumination optical part for illuminating a video display part for displaying a video, which includes: a light source for emitting light; a lens part for converting the divergent light from the light source into substantially collimated light; an optical path of the illumination light in which the light emitted from the lens part enters and goes to the video display part; and an optical branching part for branching the light from the video display part to the optical path on the projection part side. The optical branching part has two or more emission reflecting surfaces for emitting the illumination light.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、映像を表示するための照明光学部と、それを用いて映像を表示する映像表示部を有する映像投影装置に関する。 The present invention relates to an image projection apparatus having an illumination optical unit for displaying images and an image display unit for displaying images using the same.

プロジェクタやヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとも略す)のような映像投影装置は、映像の視認性といった表示性能だけでなく、小型で可搬性や装着性に優れる構造が要求される。 Video projection devices such as projectors and head-mounted displays (hereinafter also abbreviated as HMDs) are required to have not only display performance such as video visibility, but also a structure that is compact and excellent in portability and wearability.

本技術分野における先行技術文献として特許文献1がある。特許文献1には、光を射出する光源と、前記光源からの射出光のうち特定偏光成分を有する一の光を透過し、前記特定偏光成分と直交する偏光成分を有する他の光を投影用光学系へ向けて反射する分離手段と、前記一の光を利用する液晶素子であって、入射した前記一の光を変調して反射し、投影光として射出する画像形成手段と、前記分離手段に入射して反射された前記投影光の偏光方向を回転し、前記投影用光学系へ向けて射出する反射手段と、前記反射手段により射出された投影光を検光するとともに、前記分離手段により反射された他の光を反射して前記光源へ戻す反射型偏光板を備えることを特徴とする構成のプロジェクタが開示されている。 There is Patent Document 1 as a prior art document in this technical field. Patent Document 1 discloses a light source that emits light, and one light having a specific polarization component among the light emitted from the light source is transmitted, and the other light having a polarization component orthogonal to the specific polarization component is used for projection. Separating means for reflecting toward an optical system; image forming means, which is a liquid crystal element utilizing the one light, modulates and reflects the incident light and emits it as projection light; and the separating means. a reflecting means for rotating the polarization direction of the projection light incident on and reflected by the optical system for projection and emitting the projection light toward the projection optical system; analyzing the projection light emitted by the reflecting means; A projector is disclosed that includes a reflective polarizing plate that reflects other light reflected back to the light source.

特開2009-265549号公報JP 2009-265549 A

特許文献1においては、映像投影装置の光学系は、光源部が発する光を映像表示部へ伝える照明部と、映像表示部により生成された映像光を投射する投射部を有する映像生成部から成る。照明部には光を発する光源部や各光源からの光を混ぜる混色部、小型ディスプレイを均一な輝度で照明するための輝度均一化部、投射部へ光路を切り替えるための光分岐部や輝度を均一化するための手段等、高画質な映像表示を実現するための様々な機能が夫々独立した光学部品によって実装される。そのため、装置のサイズが大型化してしまうという課題がある。 In Patent Document 1, the optical system of the image projection device is composed of an illumination unit that transmits light emitted by the light source unit to the image display unit, and an image generation unit that has a projection unit that projects the image light generated by the image display unit. . The lighting section consists of a light source that emits light, a color mixing section that mixes the light from each light source, a brightness equalization section that illuminates the small display with uniform brightness, and a light branching section that switches the optical path to the projection section. Various functions for achieving high-quality image display, such as means for uniformity, are implemented by independent optical components. Therefore, there is a problem that the size of the apparatus is increased.

すなわち、特許文献1においては、映像投影装置の表示映像の高画質化と光学系の小型化との両立を図る上で、これらの問題について考慮されていない。 That is, in Patent Document 1, these problems are not taken into consideration in achieving both high image quality of the displayed image of the image projection device and miniaturization of the optical system.

本発明の目的は、光学系の小型化と高画質化とを両立させる照明光学部と、それを用いて映像を表示する映像表示部を有する映像投影装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an image projection apparatus having an illumination optical unit that achieves both miniaturization of an optical system and high image quality, and an image display unit that uses the illumination optical unit to display an image.

本発明は、その一例を挙げるならば、映像を表示する映像表示部を照明する照明光学部であって、光を発する光源と、光源からの発散光を略コリメート光に変換するレンズ部と、レンズ部から出射した光が入射し映像表示部へ向かう照明光の光路と映像表示部からの光を投射部側の光路へ分岐するための光分岐部とを備え、光分岐部は照明光を出射する2つ以上の出射反射面を有する構成とする。 An example of the present invention is an illumination optical unit that illuminates an image display unit that displays an image, comprising a light source that emits light, a lens unit that converts divergent light from the light source into substantially collimated light, An optical path of illumination light directed to the image display unit where the light emitted from the lens unit is incident and a light branching unit for branching the light from the image display unit to the optical path on the projection unit side, the light branching unit diverting the illumination light. It is configured to have two or more output reflecting surfaces for output.

本発明によれば、光学系の小型化と高画質化とを両立させる照明光学部と、それを用いて映像を表示する映像表示部を有する映像投影装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an image projection apparatus having an illumination optical unit that achieves both miniaturization of an optical system and high image quality, and an image display unit that uses the illumination optical unit to display an image.

実施例1における映像投影装置の機能ブロック構成図である。2 is a functional block configuration diagram of a video projection device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1におけるHMDとしての映像投影装置のハードウェア構成の一例を示すブロック構成図である。2 is a block configuration diagram showing an example of a hardware configuration of a video projection device as an HMD in Embodiment 1; FIG. 実施例1におけるHMDに搭載する映像生成部のブロック構成図である。3 is a block configuration diagram of an image generation unit mounted on the HMD in Example 1. FIG. 実施例1におけるプロジェクタに搭載する映像生成部のブロック構成図である。3 is a block configuration diagram of an image generation unit mounted on the projector in Embodiment 1. FIG. 実施例1におけるHMDの使用形態を示す図である。4A and 4B are diagrams showing usage patterns of the HMD in Example 1. FIG. 図4Aにおける映像生成部の拡大図である。FIG. 4B is an enlarged view of the video generator in FIG. 4A; 従来の映像生成部の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional video generation unit; 実施例1における映像生成部の構成図である。4 is a configuration diagram of a video generation unit in Example 1. FIG. 実施例1における映像生成部の変形例の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a modified example of the video generation unit in Embodiment 1; 実施例1における映像生成部の変形例の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a modified example of the video generation unit in Embodiment 1; 実施例1における映像生成部の変形例の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a modified example of the video generation unit in Embodiment 1; 実施例1における映像生成部の変形例の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a modified example of the video generation unit in Embodiment 1; 実施例2における透過型の液晶パネルを搭載した映像生成部の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a video generation unit equipped with a transmissive liquid crystal panel in Example 2; 実施例2におけるDMDパネルを搭載した映像生成部の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a video generation unit equipped with a DMD panel in Example 2; 実施例3におけるHMDの使用例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of using an HMD in Example 3; 実施例3におけるHMDの機能ブロック構成図である。FIG. 11 is a functional block configuration diagram of an HMD in Example 3;

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施例における映像投影装置の機能ブロック構成図である。図1において、映像投影装置1は、HMDやプロジェクタであって、映像生成部101と、制御部102と、画像信号処理部103と、電力供給部104と、記憶部105と、センシング部106と、通信部107と、音声処理部108と、撮像部109と、入出力部91~93とを有する。 FIG. 1 is a functional block configuration diagram of a video projection device according to this embodiment. In FIG. 1, the video projection device 1 is an HMD or a projector, and includes a video generation unit 101, a control unit 102, an image signal processing unit 103, a power supply unit 104, a storage unit 105, and a sensing unit 106. , a communication unit 107, an audio processing unit 108, an imaging unit 109, and input/output units 91-93.

映像生成部101は、後述する小型ディスプレイ部で生成した映像を拡大投射して、映像を表示する。例えば映像投影装置1がHMDであれば、映像生成部101は、小型ディスプレイ部で生成した映像を虚像として拡大投射して、装着者(ユーザ)の視界に拡張現実(AR:Augmented Reality)や混合現実(MR:Mixed Reality)の映像を表示する。 The image generation unit 101 enlarges and projects an image generated by a small display unit, which will be described later, and displays the image. For example, if the image projection device 1 is an HMD, the image generation unit 101 enlarges and projects the image generated by the small display unit as a virtual image, and displays augmented reality (AR) or mixed reality in the visual field of the wearer (user). A real (MR: Mixed Reality) image is displayed.

制御部102は、映像投影装置1全体を統括的に制御する。制御部102は、CPU等の演算装置によってその機能が実現される。画像信号処理部103は、映像生成部101内の表示部に対し、表示用の映像信号を供給する。電力供給部104は、映像投影装置1の各部に対し電力を供給する。 The control unit 102 centrally controls the entire image projection apparatus 1 . The functions of the control unit 102 are realized by an arithmetic device such as a CPU. The image signal processing unit 103 supplies a display image signal to the display unit in the image generation unit 101 . The power supply unit 104 supplies power to each unit of the video projection device 1 .

記憶部105は、映像投影装置1の各部の処理に必要な情報や、映像投影装置1の各部で生成された情報を記憶する。また、制御部102の機能がCPUによって実現される場合、CPUが実行するプログラムやデータを記憶する。記憶部105は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の記憶デバイスで構成される。 The storage unit 105 stores information necessary for processing of each unit of the image projection device 1 and information generated by each unit of the image projection device 1 . In addition, when the functions of the control unit 102 are implemented by a CPU, programs and data to be executed by the CPU are stored. The storage unit 105 is configured by a storage device such as a RAM (Random Access Memory), flash memory, HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), or the like.

センシング部106は、コネクタである入出力部91を介して各種センサと接続され、各種センサによって検出された信号に基づいて、映像投影装置1の姿勢、すなわちユーザの姿勢、ユーザの頭の向き、プロジェクタの傾きや、動き、周囲温度等を検出する。各種センサとして、例えば、傾斜センサや加速度センサ、温度センサ、ユーザの位置情報を検出するGPS(Global Positioning System)のセンサ等が接続される。 The sensing unit 106 is connected to various sensors via an input/output unit 91, which is a connector, and based on signals detected by the various sensors, the orientation of the video projection device 1, that is, the orientation of the user, the orientation of the user's head, and the orientation of the user's head. Detects the tilt, motion, ambient temperature, etc. of the projector. As various sensors, for example, an inclination sensor, an acceleration sensor, a temperature sensor, a GPS (Global Positioning System) sensor for detecting user position information, and the like are connected.

通信部107は、コネクタである入出力部92を介して、近距離無線通信、遠距離無線通信、または有線通信によって、外部の情報処理装置と通信を行う。具体的には、Bluetooth(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)、移動体通信ネットワーク、ユニバーサルシリアルバス(USB、登録商標)、高精細度マルチメディアインターフェース(HDMI(登録商標))等によって通信を行う。 The communication unit 107 communicates with an external information processing device by short-range wireless communication, long-range wireless communication, or wired communication via an input/output unit 92 that is a connector. Specifically, communication via Bluetooth (registered trademark), Wi-Fi (registered trademark), mobile communication network, universal serial bus (USB, registered trademark), high-definition multimedia interface (HDMI (registered trademark)), etc. I do.

音声処理部108は、コネクタである入出力部93を介して、マイクやイヤホン、スピーカ等の音声入出力装置と接続され、音声信号の入力または出力を行う。撮像部109は、例えば小型カメラや小型TOF(Time Of Flight)センサであり、映像投影装置1のユーザの視界方向を撮影する。 The audio processing unit 108 is connected to an audio input/output device such as a microphone, an earphone, or a speaker via an input/output unit 93 that is a connector, and inputs or outputs an audio signal. The imaging unit 109 is, for example, a compact camera or a compact TOF (Time Of Flight) sensor, and captures the view direction of the user of the video projection device 1 .

図2は、HMDとしての映像投影装置1のハードウェア構成の一例を示すブロック構成図である。図2に示すように、映像投影装置1は、CPU201と、システムバス202と、ROM(Read Only Memory)203と、RAM204と、ストレージ210と、通信処理器220と、電力供給器230と、ビデオプロセッサ240と、オーディオプロセッサ250と、センサ260と、を有して構成されている。 FIG. 2 is a block configuration diagram showing an example of the hardware configuration of the image projection device 1 as an HMD. As shown in FIG. 2, the image projection apparatus 1 includes a CPU 201, a system bus 202, a ROM (Read Only Memory) 203, a RAM 204, a storage 210, a communication processor 220, a power supply 230, a video It comprises a processor 240 , an audio processor 250 and a sensor 260 .

CPU201は、映像投影装置1全体を制御するマイクロプロセッサユニットである。CPU201は、図1における制御部102に対応するものである。システムバス202は、CPU201と映像投影装置1内の各動作ブロックとの間でデータを送受信するためのデータ通信路である。 A CPU 201 is a microprocessor unit that controls the entire image projection apparatus 1 . A CPU 201 corresponds to the control unit 102 in FIG. A system bus 202 is a data communication path for transmitting and receiving data between the CPU 201 and each operation block in the video projection apparatus 1 .

ROM203は、オペレーティングシステム等の基本動作プログラムやその他の動作プログラムが格納されたメモリであり、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)やフラッシュROMのような書き換え可能なROMを用いることができる。 The ROM 203 is a memory that stores a basic operation program such as an operating system and other operation programs. For example, a rewritable ROM such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) or a flash ROM can be used. .

RAM204は、基本動作プログラムやその他の動作プログラム実行時のワークエリアとなる。ROM203及びRAM204は、CPU201と一体の構成であってもよい。また、ROM203は、図2に示したような独立構成ではなく、ストレージ210内の一部記憶領域を使用してもよい。 A RAM 204 serves as a work area for executing the basic operation program and other operation programs. The ROM 203 and RAM 204 may be integrated with the CPU 201 . Also, the ROM 203 may use a partial storage area in the storage 210 instead of the independent configuration shown in FIG.

ストレージ210は、映像投影装置1の動作プログラムや動作設定値、映像投影装置1を使用するユーザの個人情報210a等を記憶する。以下では特に例示していないが、ネットワーク上からダウンロードした動作プログラムや、その動作プログラムが作成した各種データを記憶してもよい。また、ストレージ210の一部記憶領域が、ROM203の機能の一部または全部で代替されてもよい。ストレージ210には、例えば、フラッシュROMやSSD、HDD等のデバイスを用いてよい。ROM203、RAM204、ストレージ210は、記憶部105に対応するものである。なお、ROM203やストレージ210に記憶された上記動作プログラムは、ネットワーク上の各装置からダウンロード処理を実行することにより、更新及び機能拡張することができる。 The storage 210 stores an operation program and operation setting values of the video projection device 1, personal information 210a of the user who uses the video projection device 1, and the like. Although not particularly exemplified below, an operation program downloaded from a network and various data created by the operation program may be stored. Also, a part of the storage area of the storage 210 may be replaced with a part or all of the functions of the ROM 203 . Devices such as flash ROM, SSD, and HDD may be used for the storage 210, for example. ROM 203 , RAM 204 and storage 210 correspond to storage unit 105 . The operation programs stored in the ROM 203 and storage 210 can be updated and expanded in function by executing download processing from each device on the network.

通信処理器220は、LAN(Local Area Network)通信器221、電話網通信器222、NFC(Near Field Communication)通信器223、BlueTooth通信器224を有して構成される。通信処理器220は図1における通信部107に対応するものである。図2では、通信処理器220にLAN通信器221、NFC通信器223、BlueTooth通信器224が含まれる場合を例示しているが、図1で説明したように、これらが入出力部92を介して映像投影装置1外部の機器として接続されていてもよい。LAN通信器221は、アクセスポイントを介してネットワークと接続され、ネットワーク上の装置との間でデータを送受信する。NFC通信器223は、対応するリーダ/ライタが近接した際に無線通信してデータを送受信する。BlueTooth通信器224は、近接する情報処理装置と無線通信してデータを送受信する。なお、映像投影装置1は、移動体電話通信網の基地局との間で通話およびデータを送受信する電話網通信器222を有していてもよい。 The communication processor 220 includes a LAN (Local Area Network) communication device 221 , a telephone network communication device 222 , an NFC (Near Field Communication) communication device 223 and a BlueTooth communication device 224 . A communication processor 220 corresponds to the communication unit 107 in FIG. 2 illustrates the case where the communication processor 220 includes the LAN communication device 221, the NFC communication device 223, and the BlueTooth communication device 224. As described in FIG. may be connected as a device external to the video projection apparatus 1 . The LAN communication device 221 is connected to a network via an access point and transmits and receives data to and from devices on the network. The NFC communication device 223 performs wireless communication to transmit and receive data when a corresponding reader/writer comes close to it. The BlueTooth communication device 224 wirelessly communicates with an adjacent information processing device to transmit and receive data. Note that the video projection device 1 may have a telephone network communication device 222 for transmitting/receiving calls and data to/from a base station of a mobile telephone communication network.

虚像映像生成機構225は図1における映像生成部101に対応するものである。虚像映像生成機構225の具体的な構成については、図3Aを用いて後述する。 The virtual image generation mechanism 225 corresponds to the image generation unit 101 in FIG. A specific configuration of the virtual image generation mechanism 225 will be described later with reference to FIG. 3A.

電力供給器230は、所定の規格で映像投影装置1に電力を供給する電源機器である。電力供給器230は、図1における電力供給部104に対応するものである。図2では、映像投影装置1に電力供給器230が含まれる場合を例示しているが、これらが入出力部91~93のいずれかを介して映像投影装置1の外部機器として接続され、映像投影装置1が当該外部機器から電源の供給を受けてもよい。 The power supply device 230 is a power supply device that supplies power to the video projection device 1 according to a predetermined standard. Power supply 230 corresponds to power supply unit 104 in FIG. 2 illustrates the case where the video projection device 1 includes the power supply device 230, these are connected as external devices of the video projection device 1 via any of the input/output units 91 to 93, and the video The projection device 1 may receive power supply from the external device.

ビデオプロセッサ240は、ディスプレイ241と、画像信号処理プロセッサ242と、カメラ243とを有して構成される。画像信号処理プロセッサ242は図1における画像信号処理部103に対応するものである。また、カメラ243は図1における撮像部109に対応するものであり、ディスプレイ241は後述する小型ディスプレイ部に対応するものである。図2では、ビデオプロセッサ240にディスプレイ241とカメラ243とが含まれる場合を例示しているが、図1で説明したように、これらが入出力部(例えば、入出力部93)を介して映像投影装置1の外部機器として接続されていてもよい。 The video processor 240 comprises a display 241 , an image signal processor 242 and a camera 243 . The image signal processor 242 corresponds to the image signal processor 103 in FIG. The camera 243 corresponds to the imaging section 109 in FIG. 1, and the display 241 corresponds to a small display section described later. FIG. 2 illustrates a case where the video processor 240 includes a display 241 and a camera 243. As described with reference to FIG. It may be connected as an external device of the projection device 1 .

ディスプレイ241は、画像信号処理プロセッサ242が処理した画像データを表示する。 The display 241 displays image data processed by the image signal processor 242 .

画像信号処理プロセッサ242は、入力された画像データをディスプレイ241に表示させる。カメラ243は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等の電子デバイスを用いてレンズから入力した光を電気信号に変換することにより、周囲や対象物の画像データを入力する撮像装置として機能するカメラユニットである。 The image signal processor 242 causes the display 241 to display the input image data. The camera 243 uses an electronic device such as a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor to convert the light input from the lens into an electrical signal, thereby inputting image data of the surroundings and objects. It is a camera unit that functions as an imaging device.

オーディオプロセッサ250は、スピーカ251と、音声信号プロセッサ252と、マイク253とを有して構成される。オーディオプロセッサ250は図1における音声処理部108に対応するものである。図2では、オーディオプロセッサ250にスピーカ251とマイク253とが含まれる場合を例示しているが、図1で説明したように、これらが入出力部93を介して映像投影装置1の外部機器として接続されていてもよい。 The audio processor 250 comprises a speaker 251 , an audio signal processor 252 and a microphone 253 . Audio processor 250 corresponds to audio processor 108 in FIG. FIG. 2 illustrates the case where the audio processor 250 includes the speaker 251 and the microphone 253. As described with reference to FIG. may be connected.

スピーカ251は、音声信号プロセッサ252が処理した音声信号を出力する。音声信号プロセッサ252は、入力された音声データをスピーカ251に出力する。マイク253は、音声を音声データに変換し、音声信号プロセッサ252に出力する。 Speaker 251 outputs the audio signal processed by audio signal processor 252 . Audio signal processor 252 outputs the input audio data to speaker 251 . The microphone 253 converts voice into voice data and outputs it to the voice signal processor 252 .

センサ260は、映像投影装置1の状態を検出するためのセンサ群であり、GPS受信機261と、ジャイロセンサ262と、地磁気センサ263と、加速度センサ264と、照度センサ265と、近接センサ266とを有して構成される。センサ260は、センシング部106に対応するものである。図2では、センサ260にGPS受信機261と、ジャイロセンサ262と、地磁気センサ263と、加速度センサ264と、照度センサ265と、近接センサ266と、が含まれる場合を例示しているが、図1で説明したように、これらが入出力部91を介して映像投影装置1の外部機器として接続されていてもよい。これらの各センサは従来から知られている一般的なセンサ群であるため、ここではその説明を省略する。また、図2に示した映像投影装置1の構成はあくまで一例であり、必ずしもこれらの全てを備えていなくてもよい。 The sensor 260 is a sensor group for detecting the state of the image projection device 1, and includes a GPS receiver 261, a gyro sensor 262, a geomagnetic sensor 263, an acceleration sensor 264, an illuminance sensor 265, and a proximity sensor 266. is configured with A sensor 260 corresponds to the sensing unit 106 . FIG. 2 illustrates a case where the sensor 260 includes a GPS receiver 261, a gyro sensor 262, a geomagnetic sensor 263, an acceleration sensor 264, an illuminance sensor 265, and a proximity sensor 266. 1, these may be connected as external devices of the video projection apparatus 1 via the input/output unit 91 . Since each of these sensors is a conventionally known general sensor group, the description thereof is omitted here. Also, the configuration of the image projection device 1 shown in FIG. 2 is merely an example, and it is not necessary to include all of them.

図3Aは、HMDに搭載する映像生成部101のブロック構成図である。映像生成部101は、照明光学部120、映像表示部121、投射部122、導光部123で構成される。 FIG. 3A is a block configuration diagram of the video generation unit 101 mounted on the HMD. The image generation unit 101 includes an illumination optical unit 120 , an image display unit 121 , a projection unit 122 and a light guide unit 123 .

照明光学部120はLEDやレーザなどの光源からの光を小型ディスプレイ部である映像表示部121に照射する。映像表示部121は、映像を表示するための素子であり、液晶ディスプレイ、デジタルマイクロミラーデバイス、有機ELディスプレイ、マイクロLEDディスプレイ、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、ファイバスキャニングデバイス等が用いられる。投射部122は、映像表示部121の映像光を拡大し、虚像として投射する装置である。導光部123は導光板であって、アイボックス拡大のために映像光の複製を行いかつ投射部122からの映像光をユーザの瞳20へ伝達する。ユーザは、映像光が瞳20内の網膜に結像されることで映像を視認できる。 An illumination optical unit 120 irradiates light from a light source such as an LED or a laser onto an image display unit 121, which is a small display unit. The image display unit 121 is an element for displaying images, and uses a liquid crystal display, a digital micromirror device, an organic EL display, a micro LED display, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), a fiber scanning device, or the like. The projection unit 122 is a device that magnifies the image light of the image display unit 121 and projects it as a virtual image. The light guide section 123 is a light guide plate that replicates the image light for enlarging the eyebox and transmits the image light from the projection section 122 to the user's pupil 20 . A user can visually recognize an image by forming an image of the image light on the retina in the pupil 20 .

図3Bは、プロジェクタに搭載する映像生成部101のブロック構成図である。図3Bにおいて、図3Aと異なる点は、導光部123を有さない構成であり、映像生成部101は、照明光学部120、映像表示部121、投射部122で構成され、投射部122は、映像表示部121の映像光を拡大し、外部にあるスクリーン124に投射する。 FIG. 3B is a block configuration diagram of the video generation unit 101 mounted on the projector. 3B differs from FIG. 3A in that it does not have a light guide section 123. The image generation section 101 is composed of an illumination optical section 120, an image display section 121, and a projection section 122. The projection section 122 is , magnifies the image light of the image display unit 121 and projects it onto the screen 124 located outside.

図4A、図4Bは、本実施例におけるHMD10の使用形態を示す図である。図4Aは、ユーザ2の頭上方向から見下ろした状態を示し、X軸は水平方向、Y軸は垂直方向、Z軸はユーザ2の視線方向である視軸方向である。以後の図面においても、X、Y、Z軸の方向を同様に定義する。図4Bは、図4Aにおける映像生成部101の拡大図である。 4A and 4B are diagrams showing usage patterns of the HMD 10 in this embodiment. FIG. 4A shows a state of looking down from the overhead direction of the user 2, the X axis is the horizontal direction, the Y axis is the vertical direction, and the Z axis is the visual axis direction, which is the line of sight of the user 2. FIG. The directions of the X-, Y-, and Z-axes are similarly defined in the subsequent drawings. FIG. 4B is an enlarged view of the image generator 101 in FIG. 4A.

図4Aに示すように、HMD10はユーザ2の頭部に装着され、照明光学部120、映像表示部121及び投射部122で生成した映像を、導光部123を介してユーザの瞳20に伝播させる。その際、ユーザ2は、視野内の一部の映像表示領域111に、外界が視認可能な状態(シースルー型)で映像(虚像)を視認できる。なお、図4Aでは両眼に映像を表示する構成を示しているが、片眼の構成としても構わない。また、HMD10は、図1の撮像部109において、ユーザ2の視野範囲を撮影することも可能である。 As shown in FIG. 4A, the HMD 10 is worn on the head of the user 2, and the images generated by the illumination optical unit 120, the image display unit 121, and the projection unit 122 are propagated to the user's eyes 20 via the light guide unit 123. Let At that time, the user 2 can visually recognize an image (virtual image) in a state (see-through type) in which the outside world can be visually recognized in a partial image display area 111 within the field of view. Note that FIG. 4A shows a configuration in which images are displayed on both eyes, but a single-eye configuration may also be used. Also, the HMD 10 can capture an image of the visual field range of the user 2 in the imaging unit 109 of FIG.

映像生成部101により形成されるアイボックスは、映像の視認性の観点から2次元方向に拡大されることが望ましい。高画質化や輝度向上を行うために、照明光学部120、映像表示部121、投射部122へ機能実装を進めると光学部品が増加し装置が大型化する。 The eyebox formed by the image generation unit 101 is desirably enlarged in the two-dimensional direction from the viewpoint of image visibility. If functions are implemented in the illumination optical unit 120, the image display unit 121, and the projection unit 122 in order to improve the image quality and brightness, the number of optical parts increases and the size of the apparatus increases.

図4Aに示すように、HMDは身に着けて使うという装置としての特性から、重量や、装着性、外観のデザイン性といった点で、従来の眼鏡と同様な使用感で拡張現実表示ができることが重要な要素であり、商品価値を高めるうえで重要なポイントとなる。 As shown in FIG. 4A, since the HMD is a device that is worn on the body, it is possible to display augmented reality with the same usability as conventional eyeglasses in terms of weight, wearability, and appearance design. It is an important element and an important point in increasing product value.

また、図4Bに示すように、導光部123は略平行な平板状の2つの主面191、192を有した導光板であって、かつアイボックスを拡大するために内部に少なくとも2つ以上の部分反射面である出射反射面126を有する。導光部123は投射部122から出力された映像光を全反射により伝搬し、映像光の一部を反射する反射膜を有した出射反射面126により、投射部122の映像光を複製する機能を有する。また、反射映像光に角度ズレが生じないよう出射反射面126は互いに略平行であることが望ましい。 Further, as shown in FIG. 4B, the light guide portion 123 is a light guide plate having two substantially parallel flat plate-like main surfaces 191 and 192, and has at least two or more light guide plates inside to enlarge the eyebox. has an output reflecting surface 126 which is a partially reflecting surface of the . The light guide section 123 has a function of propagating the image light output from the projection section 122 by total reflection, and replicating the image light of the projection section 122 by the output reflection surface 126 having a reflection film that reflects a part of the image light. have In addition, it is desirable that the output reflecting surfaces 126 are substantially parallel to each other so that the reflected image light is not angularly misaligned.

導光部123の映像光伝達機能により照明光学部120、映像表示部121、投射部122は視界の外側に配置することができ、また出射反射面126の反射率を低減させることで、周囲のシースルー性と映像の視認を両立できる。 The illumination optical unit 120, the image display unit 121, and the projection unit 122 can be arranged outside the field of view due to the image light transmission function of the light guide unit 123, and by reducing the reflectance of the output reflection surface 126, the surrounding Both see-through properties and visual recognition of images can be achieved.

例えば、映像表示部121に有機ELやマイクロLEDなどの自発光パネルを用いた場合、照明光学部120が不要となり映像生成部101の小型化が期待できる。しかし微小な発光画素を搭載する自発光パネルは大幅な発光効率の向上には限界があり、また導光部123はシースルー性の確保の観点から出射反射面126の反射率を高く設定することができないため映像光の利用効率にトレードオフの関係が生じる。したがって導光部123を搭載した映像生成部には高輝度な映像出力が要求され、映像表示部121を自発光パネルとした場合では現在のデバイス性能では屋外で視認可能な映像輝度には大幅に不足するという課題がある。 For example, if a self-luminous panel such as an organic EL or a micro LED is used for the image display unit 121, the illumination optical unit 120 becomes unnecessary and the size reduction of the image generation unit 101 can be expected. However, there is a limit to the significant improvement in luminous efficiency of a self-luminous panel equipped with minute luminous pixels, and from the viewpoint of ensuring see-through properties of the light guide section 123, it is desirable to set the reflectance of the output reflection surface 126 high. Since it is not possible, a trade-off relationship arises in the utilization efficiency of the image light. Therefore, the image generation unit equipped with the light guide unit 123 is required to output a high-brightness image. There is a problem of shortage.

プロジェクタとする場合においても、映像表示部121に自発光パネルを用いた場合、照明光学部120が不要となり映像生成部101の小型化が期待できる。スクリーン上へ映像を拡大投影するプロジェクタも映像表示部に高い光出力が要求される。しかしながら、微小な発光画素を搭載する自発光パネルは大幅な発光効率の向上には限界があり、映像表示部121を自発光パネルとした場合、現在のデバイス性能では十分な映像輝度を得られないという課題がある。 Even in the case of a projector, if a self-luminous panel is used for the image display unit 121, the illumination optical unit 120 becomes unnecessary, and the size reduction of the image generation unit 101 can be expected. A projector that projects an enlarged image onto a screen also requires a high optical output for the image display section. However, there is a limit to the significant improvement in luminous efficiency of a self-luminous panel equipped with minute light-emitting pixels, and if the image display section 121 is a self-luminous panel, it is not possible to obtain sufficient image brightness with current device performance. There is a problem.

このように、プロジェクタやHMDでは、照明系の小型化と高輝度化を両立するうえで課題がある。以下、これらの解決法について説明する。 As described above, projectors and HMDs have a problem in achieving both compactness and high brightness of the illumination system. These solutions are described below.

図5は従来の映像生成部の構成図である。映像生成部は、照明光学部120、映像表示部121、投射部122で構成される。照明光学部120は、LEDやレーザなどの光源からの光を映像表示部121に照射する。映像表示部121は、映像を表示するためのマイクロディスプレイであり、液晶ディスプレイ、デジタルマイクロミラーデバイス等が用いられる。投射部122は、映像表示部121の映像光を拡大し、虚像として投射する。 FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional video generation unit. The image generation unit is composed of an illumination optical unit 120 , an image display unit 121 and a projection unit 122 . The illumination optical unit 120 irradiates the image display unit 121 with light from a light source such as an LED or laser. The image display unit 121 is a microdisplay for displaying images, and uses a liquid crystal display, a digital micromirror device, or the like. The projection unit 122 magnifies the image light of the image display unit 121 and projects it as a virtual image.

照明光学部120において、光源部として緑色(G)の光源140と、赤色(R)及び青色(B)の光源141を備える。各光源からの光は集光レンズ142、143によって略コリメート化される。各色光源からの略コリメート光は、色合成部144によって合成される。 The illumination optical unit 120 includes a green (G) light source 140 and red (R) and blue (B) light sources 141 as light source units. Light from each light source is substantially collimated by condenser lenses 142 and 143 . Approximately collimated light from each color light source is synthesized by the color synthesizing unit 144 .

図5では、色合成部144に楔形のダイクロイックミラーを用いた例を示している。ダイクロイックミラーは、R光とB光とG光の略コリメート光を合成して出射する。このとき各色の光軸は必ずしも完全に一致している必要はなく、所定の面で強度分布が略一致するようにあえて光軸をわずかにずらしても構わない。 FIG. 5 shows an example in which a wedge-shaped dichroic mirror is used for the color synthesizing unit 144 . The dichroic mirror synthesizes substantially collimated light of R light, B light, and G light and emits the combined light. At this time, the optical axes of the respective colors do not necessarily have to match perfectly, and the optical axes may be slightly shifted so that the intensity distributions on a predetermined plane substantially match.

色合成された光は、仮想的な2次光源となるマイクロレンズアレイ130へ入射する。マイクロレンズアレイ130は、色合成部144から出射した略コリメート光束で照明される。輝度均一化手段としてのマイクロレンズアレイ130を用いることで、映像表示部121のマイクロディスプレイの所定の範囲のみに光を集めることができる。また、映像表示部121上での照明光の輝度分布を均一化し高画質化できる利点がある。 The color-combined light is incident on the microlens array 130 that serves as a virtual secondary light source. The microlens array 130 is illuminated with a substantially collimated light flux emitted from the color synthesizing section 144 . By using the microlens array 130 as luminance uniforming means, light can be collected only in a predetermined range of the microdisplay of the image display section 121 . Moreover, there is an advantage that the luminance distribution of the illumination light on the image display section 121 can be made uniform and the image quality can be improved.

コンデンス光学部材としてのコンデンスレンズ131は、マイクロレンズアレイ130のセル像を映像表示部121へ結像させる。 A condensed lens 131 as a condensed optical member forms a cell image of the microlens array 130 on the image display section 121 .

映像表示部121にLCOS(Liquid Crystal On Silicon、登録商標)等を用いる場合に、映像表示部121へ向かう往路光路と映像表示部121からの光を投射部側の投射光路へ導くための光分岐部132を備える。光分岐部132は、照明光学部120と投射部122への光路を切り分ける。投射部122は、映像表示部121の映像を無限遠または虚像として投射する。投射部122からの映像光は導光部123へ入射され、ユーザはシースルー性を確保した状態で映像を視認できる。 Light branching for guiding the outward optical path toward the image display unit 121 and the light from the image display unit 121 to the projection optical path on the projection unit side when LCOS (Liquid Crystal On Silicon, registered trademark) or the like is used for the image display unit 121. A section 132 is provided. The light branching section 132 separates the optical path to the illumination optical section 120 and the projection section 122 . The projection unit 122 projects the image on the image display unit 121 at infinity or as a virtual image. The image light from the projection unit 122 is incident on the light guide unit 123, and the user can visually recognize the image while ensuring the see-through property.

上記光学系で映像を視認する場合、マイクロレンズアレイ130によって複製された光源140及び141の共役像が、マイクロレンズアレイ130の出射面に形成される。また、マイクロレンズアレイ130の出射面と投射部122の射出瞳は略共役な位置関係にある。よって、投射部122の射出瞳位置122pには、マイクロレンズアレイ130の出射面に形成された上記光源140及び141の共役像と、マイクロレンズアレイ130自体のマイクロレンズセル出射面の共役像が形成される。従って、ユーザが導光板越しに映像を見ると、映像の手前に、マイクロレンズセルの共役像と光源の共役像が重畳されたように見えてしまい、映像の視認性が低下する。 When viewing an image with the optical system, a conjugate image of the light sources 140 and 141 duplicated by the microlens array 130 is formed on the exit surface of the microlens array 130 . Further, the exit surface of the microlens array 130 and the exit pupil of the projection unit 122 are in a substantially conjugate positional relationship. Therefore, at the exit pupil position 122p of the projection unit 122, a conjugate image of the light sources 140 and 141 formed on the exit surface of the microlens array 130 and a conjugate image of the microlens cell exit surface of the microlens array 130 itself are formed. be done. Therefore, when the user views the image through the light guide plate, it appears that the conjugate image of the microlens cells and the conjugate image of the light source are superimposed in front of the image, and the visibility of the image deteriorates.

なお、導光板はアイボックスを拡大するために投射部122の射出瞳を複製する機能を有するため、複製回数が多いと各共役像が繰り返し重なり合って目立たなくなることもある。一方で、ビームスプリッタミラーアレイ型の導光板を用いた場合は、他の方式に比べ原理的に複製回数が少なくなり、上記共役像により映像の視認性は大きく低下する。 Since the light guide plate has a function of duplicating the exit pupil of the projection unit 122 in order to enlarge the eyebox, if the number of duplications is large, the conjugate images may repeatedly overlap and become inconspicuous. On the other hand, when a beam splitter mirror array type light guide plate is used, the number of times of duplication is theoretically reduced compared to other methods, and the visibility of the image is greatly reduced due to the conjugate image.

そこで、マイクロレンズセルと光源の共役像の視認性を抑制する構成として、照明光学部120のコンデンスレンズ131の近傍に、マイクロレンズアレイ130からの光を拡散し輝度を均一化する輝度均一化手段としての拡散板133を設けている。拡散板133を設けることで、マイクロレンズセルと光源の共役像をぼかして目立たなくすることができる。その際、拡散板133を映像表示部121よりも手前に配置することで、投射部122による映像表示部121の拡大像(虚像)の解像度には影響を与えないようにすることができる。このように、導光板を用いたHMD10では、共役像の発生という課題があり、これを、拡散板133を設けることで抑制できる。 Therefore, as a configuration for suppressing the visibility of the conjugate image of the microlens cell and the light source, a luminance equalizing means for diffusing the light from the microlens array 130 and equalizing the luminance is provided in the vicinity of the condensed lens 131 of the illumination optical unit 120. A diffusion plate 133 is provided as a By providing the diffuser plate 133, the conjugate image of the microlens cell and the light source can be blurred and made inconspicuous. At this time, by arranging diffusion plate 133 in front of image display unit 121 , resolution of an enlarged image (virtual image) of image display unit 121 by projection unit 122 can be prevented from being affected. As described above, the HMD 10 using the light guide plate has a problem of generating a conjugate image, which can be suppressed by providing the diffusion plate 133 .

以上のように従来の映像生成部の中でも照明光学部120には光源からの光をレンズによってコリメートする機能、各光源からのコリメート光をダイクロイックミラーによって混色する機能、マイクロレンズアレイとコンデンスレンズからなる輝度分布の均一化機能、偏光による光路の分岐機能といった様々な機能が夫々独立した光学部品によって実装される為、サイズが大型化してしまうという課題がある。 As described above, among the conventional image generating units, the illumination optical unit 120 has a function of collimating the light from the light source with a lens, a function of mixing collimated light from each light source with a dichroic mirror, a microlens array, and a condenser lens. Since various functions such as a uniform luminance distribution function and a function for branching an optical path by polarization are implemented by independent optical components, there is a problem that the size increases.

そこで照明光学部120の複数の機能を持った光学部品を提供できれば小型化を実現することができる。 Therefore, if an optical component having a plurality of functions can be provided for the illumination optical unit 120, miniaturization can be achieved.

図6に本実施例における映像生成部101の構成を示す。図5では光源140は緑色の光を出射し、光源141は赤色と青色の光を出射する2色が同一のパッケージに実装されている光源を示したが、図6での光源150は3色の光源が同一のパッケージ内に集積された例を示している。すなわち、光源150は、赤、緑、青の波長帯の光を出射する赤チップ、緑チップ、青チップが1個の筐体内に搭載されたマルチチップ光源である。 FIG. 6 shows the configuration of the video generation unit 101 in this embodiment. In FIG. 5, the light source 140 emits green light, and the light source 141 is a light source that emits red and blue light, both of which are mounted in the same package. light sources are integrated in the same package. That is, the light source 150 is a multi-chip light source in which a red chip, a green chip, and a blue chip that emit light in red, green, and blue wavelength bands are mounted in one housing.

さらに、図6において、照明光学部を小型化するため、混色性と均一性を高める小型の光積分器151を搭載する。光積分器151は、四角柱や円柱に類似した形状をしており、その内部は所定の透明度の高い媒質Aで満たされている。また、光積分器151は、入射面152、出射面153と、側面を有する。入射面152、出射面153は、それぞれ、光が入射する面、出射する面である。スネルの法則より、臨界角より大きい光線は屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質へ進行できず、全反射(Total Internal Reflection以下TIRと記す)することが知られている。よって、光積分器151の側面は、入射面152から入射した光をTIRにて閉じ込める機能を有する面である。 Furthermore, in FIG. 6, a compact light integrator 151 that enhances color mixture and uniformity is mounted in order to downsize the illumination optical section. The light integrator 151 has a shape similar to a quadrangular prism or cylinder, and its interior is filled with a medium A having a predetermined high transparency. The light integrator 151 also has an incident surface 152, an exit surface 153, and side surfaces. An incident surface 152 and an exit surface 153 are surfaces from which light enters and exits, respectively. It is known from Snell's law that a light ray larger than the critical angle cannot travel from a medium with a high refractive index to a medium with a low refractive index, and undergoes total internal reflection (hereinafter referred to as TIR). Therefore, the side surface of the light integrator 151 is a surface having a function of confining the light incident from the incident surface 152 by TIR.

光積分器151から出射した光は発散光となるので集光レンズ142および143によって略コリメート光に変換される。光積分器151を用いることで、光を閉じ込めつつ拡散することができ、限られたスペースでマルチチップ光源からの光を効率よく混色し均質化することができ、小型で高効率な映像生成部101の照明光学部120を提供することができる。 Since the light emitted from the light integrator 151 becomes divergent light, it is converted into approximately collimated light by the condensing lenses 142 and 143 . By using the light integrator 151, light can be confined and diffused, and the light from the multi-chip light source can be efficiently mixed and homogenized in a limited space. 101 illumination optics 120 can be provided.

なお、光積分器151の内部には、媒質Aとは異なる屈折率の透明度の高い媒質Bで満たされた散乱粒子154がランダムに充填されてもよい。前記スネルの法則に従い、光線は、屈折率の異なる媒質を通過するときに、入射する角度とは異なる角度で出射する。散乱粒子154は、その原理を用い、進行する光線の角度を変更させることで散乱させる機能を有する。散乱粒子は、球状、またはその他の形状でも構わない。散乱粒子を含むことでより短い長さの光積分器においても効率よく光の混色や均一化を実現する。 The interior of the light integrator 151 may be randomly filled with scattering particles 154 filled with a highly transparent medium B having a refractive index different from that of the medium A. According to Snell's law, a ray of light exits at a different angle from the angle of incidence when passing through media with different refractive indices. The scattering particles 154 use this principle and have the function of changing the angle of the propagating light beam to scatter it. The scattering particles may be spherical or have other shapes. By including scattering particles, it is possible to efficiently mix and homogenize light even in a shorter length light integrator.

集光レンズ142および143から出射した光は、導光板型の光分岐部132Wへ入射する。光分岐部132Wは照明光を内部反射となる全反射で閉じ込める略平行な平板状の1組の主面155、156と、照明光を光分岐部外へ出射する2つ以上の出射反射面を含む出射反射面群157を内部に備える。また、照明光を光分岐部132Wの内部へ反射する入射反射面158があってもよい。 The light emitted from the condensing lenses 142 and 143 enters the light guide plate type light branching portion 132W. The light branching portion 132W has a pair of substantially parallel flat plate-like main surfaces 155 and 156 that confine the illumination light by total internal reflection, and two or more exit reflection surfaces that emit the illumination light to the outside of the light branching portion. It has an output reflection surface group 157 inside. Further, there may be an incident reflecting surface 158 that reflects the illumination light to the inside of the light branching portion 132W.

図6では、内部反射が2つの平行平面による全反射である場合を例示している。しかし、必ずしも全反射でなくてもよく、例えば、これらの平行平面を構成する導光板の平行平面の一部または全部に光を透過あるいは反射する材質のフィルムを張り付ける等して、正反射や拡散反射を生じさせる平行平面を有した導光板を用いてもよい。 FIG. 6 illustrates a case where the internal reflection is total reflection by two parallel planes. However, it does not necessarily have to be total reflection. A light guide plate having parallel planes that produce diffuse reflection may be used.

光分岐部132Wは映像表示部121の有効領域を漏れなく照明又は投射側へ映像伝達を行う必要がある。そこで従来の光分岐部132は、図5に示すように映像表示部121の有効領域よりも大きなサイズの反射面132Rを設ける必要がありサイズが大型化する。本実施例の光分岐部132Wは出射反射面群157の隣接する出射反射面の間隔をL1とし、映像表示部121の有効領域において出射反射面の配列方向の辺の長さをLAとすると、LA>L1とし、映像表示部121の有効領域よりも小さな間隔を有する複数の出射反射面を配置する。これにより、1つの出射反射面当たりの厚みを小さくできるので、全体として光分岐部132Wの厚みを薄型化している。 The light branching unit 132W needs to transmit the image to the illumination or projection side without omission of the effective area of the image display unit 121 . Therefore, as shown in FIG. 5, the conventional optical splitter 132 needs to be provided with a reflective surface 132R having a size larger than the effective area of the image display unit 121, resulting in an increase in size. In the light branching unit 132W of this embodiment, if the distance between the adjacent output-reflecting surfaces of the output-reflecting surface group 157 is L1, and the length of the side in the arrangement direction of the output-reflecting surfaces in the effective area of the image display unit 121 is LA, then: LA>L1 is established, and a plurality of exit/reflection surfaces having intervals smaller than the effective area of the image display section 121 are arranged. As a result, the thickness of each output/reflection surface can be reduced, so that the thickness of the light branching portion 132W is reduced as a whole.

また、表示映像の画面アスペクト比は縦横同じ比率の1:1よりも16:9や4:3が一般的である。したがって映像表示部121の有効領域もアスペクト比を有しており、有効領域の短辺方向が、光分岐部132Wの出射反射面群157の出射反射面を配列する方向と略平行とすることで必要な出射反射面の配置枚数を低減でき低コスト化できる。
Also, the screen aspect ratio of the displayed image is generally 16:9 or 4:3 rather than 1:1, which has the same vertical and horizontal ratio. Therefore, the effective area of the image display unit 121 also has an aspect ratio, and the short side direction of the effective area is substantially parallel to the direction in which the output reflecting surfaces of the output reflecting surface group 157 of the light branching unit 132W are arranged. It is possible to reduce the number of necessary outgoing reflection surfaces to be arranged and to reduce the cost.

例えば、映像表示部121に液晶のマイクロディスプレイを用いた場合、照明光の偏光方向をマイクロディスプレイの各ピクセルで回転させることで画素のON/OFFを切り替える。従って光分岐部132Wは出射反射面群157の出射反射面に形成される反射膜は偏光性の反射膜とすることが望ましい。 For example, when a liquid crystal microdisplay is used for the image display unit 121, ON/OFF of the pixel is switched by rotating the polarization direction of the illumination light at each pixel of the microdisplay. Therefore, it is desirable that the reflecting film formed on the output reflecting surface of the output reflecting surface group 157 of the light branching portion 132W be a polarizing reflecting film.

例えば、出射反射面群157でS偏光の照明光が反射され映像表示部121を照明する場合を考える。映像表示部121が液晶を用いたマイクロディスプレイの場合、ONとなるピクセルでは偏光方向が例えば90°回転し出射反射面群157に対してP偏光の光が映像表示部121より入射する。出射反射面群157は偏光性を持っているのでP偏光を透過して投射部122へ導かれ、投射部122を経てONのピクセルが投影されることでユーザはONピクセルを視認する。 For example, consider the case where S-polarized illumination light is reflected by the exit/reflection surface group 157 to illuminate the image display section 121 . When the image display unit 121 is a microdisplay using liquid crystal, the polarization direction is rotated, for example, by 90° at pixels that are turned ON, and P-polarized light is incident on the exit reflection surface group 157 from the image display unit 121 . Since the output reflecting surface group 157 has a polarizing property, the P-polarized light is transmitted and guided to the projection unit 122, and the ON pixels are projected through the projection unit 122, whereby the ON pixels are visually recognized by the user.

ここで出射反射面群157の反射特性がS偏光を略100%反射し、P偏光を略100%透過するような一般的な偏光ビームスプリッタとした場合は、光分岐部132Wへの入射部に最も近い出射反射面群157の出射反射面で全ての光が反射してしまい、映像表示部121の有効領域を全て照らすことが困難となる。そのために、この場合は、出射反射面群157は、一部のS偏光を反射し、一部のS偏光とP偏光は透過する部分反射面の群として、部分反射面はアレイ状に配列する。 Here, in the case of a general polarization beam splitter in which the reflection characteristics of the output reflection surface group 157 reflect approximately 100% of S-polarized light and transmit approximately 100% of P-polarized light, the incident portion of the light branching portion 132W has All of the light is reflected by the exit/reflection surfaces of the nearest exit/reflection surface group 157 , making it difficult to illuminate the entire effective area of the image display section 121 . Therefore, in this case, the output reflecting surface group 157 is a group of partially reflecting surfaces that partially reflects S-polarized light and partially transmits S-polarized light and P-polarized light, and the partially reflecting surfaces are arranged in an array. .

さらに、本実施例における光分岐部132Wの出射反射面群157は2つ以上の出射反射面から成る為、光は素子内を進行する光は出射反射面を経るごと徐々に反射され光量を減らしながら内部を進む。したがって、出射反射面群157の反射率がすべて同一であるとすると映像表示部121を照明する光量が領域内で不均一となる。そこで一例として、出射反射面群157の各出射反射面の反射率は光分岐部132Wへの入射部から遠いほど反射率を高めた構成とすることで照明光の均一性を向上できる。また出射反射面群157が偏光性をもった反射膜の場合は、各出射反射面の反射率は光分岐部132Wへの入射部から遠いほどS偏光反射率を高めた構成とすることで照明光の均一性を向上できる。したがって光利用効率の観点では光分岐部132Wへの入射部から遠い出射反射面のS偏光反射率は光利用効率の観点から略100%とすることが望ましい。 Furthermore, since the output reflecting surface group 157 of the light branching part 132W in this embodiment is composed of two or more output reflecting surfaces, the light traveling through the element is gradually reflected each time it passes through the output reflecting surface, and the amount of light is reduced. While proceeding inside. Therefore, if the reflectances of the exit reflection surface group 157 are all the same, the amount of light that illuminates the image display section 121 will be uneven within the region. Therefore, as an example, the reflectance of each output reflection surface of the output reflection surface group 157 is configured to increase as the distance from the incident portion to the light branching portion 132W increases, thereby improving the uniformity of the illumination light. Further, when the output reflecting surface group 157 is a reflecting film having a polarizing property, the reflectance of each output reflecting surface is configured such that the S-polarized light reflectance increases as the distance from the incident portion to the light branching unit 132W increases. Light uniformity can be improved. Therefore, from the viewpoint of light utilization efficiency, it is desirable to set the S-polarized light reflectance of the output reflection surface far from the incident portion of the light branching portion 132W to approximately 100% from the viewpoint of light utilization efficiency.

出射反射面群157の部分反射面の反射率を低く設定すると映像表示部121の有効領域内の照明光の輝度均一性は向上するが光利用効率は低下する。一方で反射率を高めると光利用効率は向上するが前述の通り照明光の輝度均一性が低下する。よって、光利用効率と輝度均一性の観点から出射反射面群157の部分反射面のS偏光反射率は5%~60%の間とすることが望ましい。 If the reflectance of the partial reflection surface of the output reflection surface group 157 is set low, the luminance uniformity of the illumination light within the effective area of the image display section 121 is improved, but the light utilization efficiency is lowered. On the other hand, if the reflectance is increased, the light utilization efficiency is improved, but the brightness uniformity of the illumination light is lowered as described above. Therefore, from the viewpoint of light utilization efficiency and luminance uniformity, it is desirable that the S-polarization reflectance of the partial reflection surface of the output reflection surface group 157 is between 5% and 60%.

一方で、出射反射面群157の反射率を低く抑えれば反射率がすべて同じであっても、つまり、それぞれの部分反射面に同じ反射膜を用いても、大きな輝度ムラ要因とはならない。むしろ、それぞれの部分反射面を同一の成膜工程で加工できるので、製造コストの低減が実現する。なお、輝度均一性とシースルー性の双方の確保の観点では、出射反射面群157の反射率は、10%以下とするのが望ましい。 On the other hand, if the reflectance of the output reflection surface group 157 is kept low, even if the reflectances are all the same, that is, even if the same reflection film is used for each of the partial reflection surfaces, it will not cause a large luminance unevenness. Rather, since each partially reflective surface can be processed in the same film forming process, the manufacturing cost can be reduced. From the viewpoint of ensuring both luminance uniformity and see-through properties, it is desirable that the reflectance of the exit reflecting surface group 157 is 10% or less.

また、投射部122に対して映像表示部121と光分岐部132Wの配置を非常に近接した位置に配置すると、投射部122から投射される映像に光分岐部132Wの出射反射面群157の出射反射面境界部も視認されてしまう場合がある。そこで投射レンズの焦点深度を考慮して映像表示部121と光分岐部132Wの間には所定の間隔が必要となる。筆者の検討では一般的な小型プロジェクタやHMDに使われる投射部の焦点深度を加味すると光分岐部132Wの表示部側の主面155と映像表示部121には1mm以上の間隔があることが望ましい。 In addition, when the image display unit 121 and the light branching unit 132W are arranged at positions very close to the projection unit 122, the image projected from the projection unit 122 is reflected by the emission reflection surface group 157 of the light branching unit 132W. The reflective surface boundary may also be visually recognized. Therefore, in consideration of the depth of focus of the projection lens, a predetermined distance is required between the image display section 121 and the light branching section 132W. Considering the depth of focus of the projection unit used in general small projectors and HMDs, it is desirable that there is a distance of 1 mm or more between the main surface 155 of the light branching unit 132W on the display unit side and the image display unit 121 according to the author's study. .

また、光分岐部132Wの出射反射面群157は、製造性の観点から互いに平行であることが望ましい。すなわち、出射反射面群157の部分反射面(出射反射面)は、互いに平行であることが望ましい。部分反射面を形成した平行平板を複数積層して接着一体化しこれを所定の形に切り出すことで入射面から出射反射面までをまとめて加工できる上、複数枚の光分岐部132Wを切り出すことが可能となるからである。したがって光分岐部132Wの出射反射面群157の部分反射面(出射反射面)は、互いに平行とすることで製造プロセスを簡素化でき製造コストを低減できる利点がある。 In addition, it is desirable that the output reflecting surface group 157 of the light branching section 132W be parallel to each other from the viewpoint of manufacturability. That is, it is desirable that the partial reflection surfaces (output reflection surfaces) of the output reflection surface group 157 are parallel to each other. By laminating and integrating a plurality of parallel flat plates each having a partially reflecting surface, and then cutting them into a predetermined shape, it is possible to collectively process from the incident surface to the output reflecting surface, and also to cut out a plurality of light branching portions 132W. This is because it becomes possible. Therefore, by making the partial reflection surfaces (output reflection surfaces) of the output reflection surface group 157 of the light branching portion 132W parallel to each other, there is an advantage that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

光分岐部132Wの出射反射面群157は隣接する出射反射面間にオーバーラップがあるとオーバーラップ部分の輝度が高くなり照明光の輝度均一性が低下する。一方で、隣接する出射反射面間に隙間があった場合は隙間部の輝度が低下し輝度均一性が低下する。よって、光分岐部132Wの厚みをtとし、出射反射面の角度をθとした時に、出射反射面の間隔L1との関係を、t/tanθ≒L1とすることで輝度均一性を向上できる。 If there is an overlap between the adjacent exit/reflection surfaces of the exit/reflection surface group 157 of the light branching portion 132W, the luminance of the overlapping portion becomes high and the luminance uniformity of the illumination light is reduced. On the other hand, if there is a gap between the adjacent output/reflecting surfaces, the luminance at the gap is reduced, resulting in reduced luminance uniformity. Therefore, when the thickness of the light branching portion 132W is t, and the angle of the output/reflection surface is θ, the relationship between the output/reflection surface interval L1 and the distance L1 is t/tan θ≈L1, thereby improving luminance uniformity.

このように従来の全反射閉じ込め機能のない光分岐部132は、その側面における迷光発生を防ぐために、外形が大きくなってしまうという課題があったが、本実施例の光分岐部132Wは全反射によって映像光の閉じ込めを行うため素子のサイズを低減しつつ、照明光と投射光を分岐できる利点がある。 As described above, the conventional optical branching portion 132 without a total reflection confinement function has a problem that the outer shape becomes large in order to prevent the generation of stray light on the side surface thereof. Since the image light is confined by , there is an advantage that the illumination light and the projection light can be branched while reducing the size of the device.

次に、本実施例においてコントラストを向上する方法について説明する。前述の通り例えば出射反射面群157でS偏光の照明光が反射され映像表示部121を照明する場合を考える。映像表示部121が液晶を用いたマイクロディスプレイの場合、ONとなるピクセルでは偏光方向が回転し出射反射面群157に対してP偏光の光が映像表示部121より入射する。出射反射面群157は偏光性を持っているのでP偏光を透過して投射部122へ導かれ、投射部122を経てONのピクセルが投影されることでユーザはONピクセルを視認する。一方で、OFFの場合には偏光方向が変化することなく映像表示部121から出射反射面群157に対してS偏光の光が戻ることとなる。このときOFF光はS偏光であり、出射反射面群157はS偏光の一部の光量を反射する反射率特性を有するが、前述の通り略100%を反射する特性とはなっていない。したがってS偏光のOFFも出射反射面群157を透過し投射部122を経てユーザに視認されてしまう課題がある。本来は光量が無く黒として表示されるはずの画素が光量を持ってしまい、いわゆる黒浮きのコントラストの低い映像を投影してしまう。 Next, a method for improving contrast in this embodiment will be described. As described above, for example, the case where S-polarized illumination light is reflected by the output reflection surface group 157 to illuminate the image display section 121 is considered. When the image display unit 121 is a microdisplay using liquid crystal, the polarization direction rotates in pixels that are turned ON, and P-polarized light is incident from the image display unit 121 on the exit reflection surface group 157 . Since the output reflecting surface group 157 has a polarizing property, the P-polarized light is transmitted and guided to the projection unit 122, and the ON pixels are projected through the projection unit 122, whereby the ON pixels are visually recognized by the user. On the other hand, in the case of OFF, S-polarized light returns from the image display unit 121 to the exit reflection surface group 157 without changing the polarization direction. At this time, the OFF light is S-polarized light, and the output reflecting surface group 157 has a reflectance characteristic of reflecting part of the S-polarized light. Therefore, there is a problem that the S-polarized light is also transmitted through the output reflecting surface group 157 and is visually recognized by the user via the projection unit 122 . Pixels that should be displayed as black due to lack of light have the amount of light, resulting in projection of a so-called floating black image with low contrast.

そこで、光分岐部132Wと投射部122の間にコントラスト改善の為に所定の方向の偏光の光を吸収又は反射する偏光フィルタ160を配置するとよい。偏光フィルタにより例えば前述のOFF光に相当するS偏光の光のみを吸収させることで、投影映像のコントラストを大幅に改善できる。また偏光フィルタ160は特に図示しないが光分岐部132Wから投射部122側であればどこに配置してもよく、投射部122の出射側や投射部122内に配置されてもよい。 Therefore, a polarizing filter 160 that absorbs or reflects light polarized in a predetermined direction may be arranged between the light branching section 132W and the projection section 122 in order to improve the contrast. The contrast of the projected image can be greatly improved by absorbing only S-polarized light corresponding to the OFF light described above, for example, with a polarizing filter. Although not shown, the polarizing filter 160 may be arranged anywhere on the projection section 122 side from the light branching section 132W, and may be arranged on the output side of the projection section 122 or within the projection section 122 .

図6に示した構成において、光積分器151から出射した光は発散光となるので集光レンズ142および143によって略コリメート光に変換される。集光レンズ142、143と投射部122との関係により、光積分器151の出射面153の共役像が略共役な位置関係にある投射部122の射出瞳位置122pに生じる。従って、ユーザが導光板越しに映像を見ると、映像の手前に、光積分器151の出射面153の共役像が重畳されたように見えてしまい、映像の視認性が低下する。 In the configuration shown in FIG. 6, the light emitted from the light integrator 151 becomes divergent light and is converted into approximately collimated light by the condensing lenses 142 and 143 . Due to the relationship between the condensing lenses 142 and 143 and the projection section 122, a conjugate image of the exit surface 153 of the light integrator 151 appears at the exit pupil position 122p of the projection section 122, which has a substantially conjugate positional relationship. Therefore, when the user views the image through the light guide plate, the conjugate image of the exit surface 153 of the light integrator 151 appears to be superimposed in front of the image, resulting in poor visibility of the image.

更に前述の通り、導光板はアイボックスを拡大するために投射部122の射出瞳を複製する機能を有する。従って、特にビームスプリッタミラーアレイ型の導光板を用いた場合は、上記共役像が導光板で複製され映像の視認性は大きく低下する。 Further, as mentioned above, the light guide plate has the function of duplicating the exit pupil of the projection section 122 to enlarge the eyebox. Therefore, especially when a beam splitter mirror array type light guide plate is used, the conjugate image is duplicated on the light guide plate and the visibility of the image is greatly reduced.

そこで、集光レンズ142、143と光分岐部132Wとの間に輝度均一化手段として拡散板161を設ける構成とする。拡散板161により光が拡散され光積分器151の出射面153の共役像の輪郭をぼかし視認性を低下させ高画質化できる。一方で投射側には拡散板161は影響しないため出力映像の解像度を劣化させることはない。 Therefore, a diffuser plate 161 is provided between the condensing lenses 142 and 143 and the light branching portion 132W as luminance uniforming means. Light is diffused by the diffuser plate 161, and the outline of the conjugate image on the exit surface 153 of the light integrator 151 is blurred to reduce visibility and improve image quality. On the other hand, since the diffusion plate 161 does not affect the projection side, the resolution of the output image is not deteriorated.

また、光源部に安価なLED素子を用いる場合が多く、その場合は、出力される光は非偏光の光となる。コントラストを向上するには前述の通り偏光の切り分けが重要であり、出射反射面群157に対してS偏光の照明光のみを入射することでより光学系全体としての効率を向上することができる。例えば、前述の拡散板161と同様の位置に偏光フィルタ162を搭載することで光分岐部132Wへ入射する照明光の偏光方向を所定の方向へ揃えることで表示映像のコントラストを改善できる。 In many cases, an inexpensive LED element is used for the light source, and in that case, the output light is non-polarized light. In order to improve the contrast, it is important to separate the polarized light as described above, and the efficiency of the entire optical system can be improved by making only the S-polarized illumination light incident on the exit reflecting surface group 157 . For example, by mounting the polarizing filter 162 at the same position as the diffusion plate 161 described above, the polarization direction of the illumination light incident on the light branching portion 132W can be aligned in a predetermined direction, thereby improving the contrast of the displayed image.

拡散板161は散乱により照明光の偏光方向を乱す作用があり、照明側の偏光フィルタ162は照明光が拡散板161を透過した後に配置することが偏光の均一性を高めてコントラスト向上効果を得られる。従って、光分岐部132Wと拡散板161の間に偏光フィルタ162を配置することが望ましい。 The diffusing plate 161 has the effect of disturbing the polarization direction of the illumination light by scattering, and the polarizing filter 162 on the illumination side is placed after the illuminating light passes through the diffusing plate 161 to improve the uniformity of the polarization and improve the contrast. be done. Therefore, it is desirable to dispose the polarizing filter 162 between the light splitter 132W and the diffusion plate 161. FIG.

図7A~Dは本実施例における光分岐部132Wを備えた映像生成部101の変形例である。図7Aは図6と光積分器151の構成が異なる。図7Aにおいては、光積分器151は散乱粒子を含まない透明な光学媒質である透明層と散乱粒子154を含んだ散乱層とが一体化されている。光源150からの入射光は光積分器151内で散乱するが、散乱は前方のみならず後方にも散乱する為、入射面152に近い領域に散乱粒子が存在すると後方散乱により発光部の方向へ戻っていく光が多く生じて光利用効率が低下する。そこで、入射面152側は散乱粒子を含まない透明な光学媒質である透明層とし内面の全反射のみで混色し、出射面側に散乱粒子を設けて出射直前に大きく拡散(混色)を行う構成とすることで、光利用効率と小型化を両立した光積分器151を提供できる。 7A to 7D are modifications of the video generation unit 101 having the light branching unit 132W in this embodiment. 7A differs from FIG. 6 in the configuration of the optical integrator 151. FIG. In FIG. 7A, light integrator 151 is integrated with a transparent layer, which is a transparent optical medium containing no scattering particles, and a scattering layer containing scattering particles 154 . Incident light from the light source 150 is scattered in the light integrator 151, but the scattering is not only forward but also backward. A large amount of returning light is generated, and the light utilization efficiency is lowered. Therefore, a transparent layer, which is a transparent optical medium that does not contain scattering particles, is provided on the incident surface 152 side so that colors are mixed only by total internal reflection, and scattering particles are provided on the exit surface side to greatly diffuse (mix colors) immediately before exiting. By doing so, it is possible to provide the optical integrator 151 that achieves both light utilization efficiency and miniaturization.

図7Bは、図6における光積分器151の出射面153の形状が凸形状となった変形例を示している。図6に示した構成においては、光積分器151から出射した光は発散光となるので集光レンズ142および143によって略コリメート光に変換しているが、十分なコリメート光を得るには凸レンズを2枚程度並べる必要がありサイズを大型化させる。そこで、図7Bに示したように、光積分器151の出射面を凸形状とすることでコリメートレンズ1枚と光積分器を一体化させ出射光の発散度合いを抑制することで集光レンズを1枚化し装置を小型化できる。 FIG. 7B shows a modification in which the exit surface 153 of the light integrator 151 in FIG. 6 has a convex shape. In the configuration shown in FIG. 6, the light emitted from the light integrator 151 is divergent light and is converted into approximately collimated light by the condensing lenses 142 and 143. However, in order to obtain sufficient collimated light, a convex lens is used. It is necessary to line up about two sheets, and the size is increased. Therefore, as shown in FIG. 7B, by making the emission surface of the light integrator 151 convex, one collimating lens and the light integrator are integrated to suppress the degree of divergence of the emitted light. It is possible to reduce the size of the device by using a single sheet.

図7Cは、図6における光分岐部132Wの変形例を示した構成図である。図6においては、光分岐部132Wは入射反射面158を用いて素子内へ光の入力を行っている。したがって、入力ビーム径と入射反射面サイズが同等の大きさであることが光利用効率の観点では望ましいが、入射反射面158の反射面サイズを拡大すると光分岐部132W全体の厚みが増加してしまい、十分な反射面サイズの確保が難しいという課題がある。そこで、図7Cの光分岐部132Wは、入射反射面158を用いずに、集光レンズ143から出射した照明光は、光路補正プリズム163を介して光分岐部132Wの主面156を透過して入力される構成としている。光分岐部132W内に入力された照明光はもう一方の主面155によって反射され光分岐部132W内に閉じ込められる。主面155は十分なサイズがある為、光分岐部132Wへの結合時の損失を低減しつつ光分岐部132Wは薄型化できる利点がある。 FIG. 7C is a configuration diagram showing a modification of the optical splitter 132W in FIG. In FIG. 6, the light branching portion 132W uses the incident reflecting surface 158 to input light into the device. Therefore, it is preferable from the viewpoint of light utilization efficiency that the input beam diameter and the size of the incident reflecting surface are the same size. Therefore, there is a problem that it is difficult to secure a sufficient reflecting surface size. Therefore, the light branching portion 132W in FIG. 7C does not use the incident reflecting surface 158, and the illumination light emitted from the condenser lens 143 passes through the main surface 156 of the light branching portion 132W via the optical path correction prism 163. It is configured to be input. The illumination light input into the light branching portion 132W is reflected by the other main surface 155 and confined within the light branching portion 132W. Since the main surface 155 has a sufficient size, there is an advantage that the optical branching portion 132W can be thinned while reducing the loss at the time of coupling to the optical branching portion 132W.

ここまでは光分岐部132Wに出射反射面群を用いた構成について説明してきたが、出射反射面群157の機能を異なる方式によって実現した構成としてもよい。例えば、偏光性の回折格子や偏光性の体積ホログラムを用いても構わない。回折格子や体積ホログラムを形成し、素子内を伝搬した照明光の一部を映像表示部121へ偏向することで、照明する。 So far, the configuration using the output reflecting surface group for the light branching section 132W has been described, but the function of the output reflecting surface group 157 may be realized by a different method. For example, a polarizing diffraction grating or a polarizing volume hologram may be used. A diffraction grating or a volume hologram is formed, and part of the illumination light propagated through the element is deflected to the image display section 121 for illumination.

図7Dは映像生成部101の変形例を示した構成図である。光源部に単色の光源を使う場合や、光源部に実装される赤緑青等の各色のLEDやレーザ発光部が小さく非常に近接して配置される場合は、図6における光積分器を用いなくとも光分岐部132Wの中での全反射において混色が可能である。したがって、図7Dに示すように、光源150から発せられた光を集光レンズ142、143により略コリメート光として光分岐部132Wへ入射する構成とすることで装置を小型化できる。 FIG. 7D is a configuration diagram showing a modification of the video generation unit 101. As shown in FIG. When a monochromatic light source is used in the light source unit, or when the LEDs and laser light emitting units of each color such as red, green and blue mounted in the light source unit are small and arranged very close to each other, the optical integrator in FIG. 6 is not used. Both colors can be mixed in total reflection in the light branching portion 132W. Therefore, as shown in FIG. 7D, the light emitted from the light source 150 can be configured to be substantially collimated by the condensing lenses 142 and 143 and enter the light branching portion 132W, thereby miniaturizing the device.

図7Dに示した構成では、光源150と集光レンズ142、143と投射部122との関係により、光源150の共役像が略共役な位置関係にある投射部122の射出瞳位置122pに生じる。従って、ユーザが導光板越しに映像を見ると、映像の手前に、光源150の共役像が重畳されたように見えてしまい、映像の視認性が低下する。 In the configuration shown in FIG. 7D, due to the relationship between the light source 150, the condenser lenses 142 and 143, and the projection section 122, a conjugate image of the light source 150 is generated at the exit pupil position 122p of the projection section 122, which has a substantially conjugate positional relationship. Therefore, when the user sees the image through the light guide plate, it appears that the conjugate image of the light source 150 is superimposed in front of the image, and the visibility of the image deteriorates.

更に前述の通り、導光板はアイボックスを拡大するために投射部122の射出瞳を複製する機能を有する。従って、特にビームスプリッタミラーアレイ型の導光板を用いた場合は、上記共役像が導光板で複製され映像の視認性は大きく低下する。 Further, as mentioned above, the light guide plate has the function of duplicating the exit pupil of the projection section 122 to enlarge the eyebox. Therefore, especially when a beam splitter mirror array type light guide plate is used, the conjugate image is duplicated on the light guide plate and the visibility of the image is greatly reduced.

そこで、これまでと同様に集光レンズ142、143と光分岐部132Wとの間に輝度均一化手段として拡散板161を設ける構成とする。拡散板により光が拡散され光積分器151の出射面153の共役像の輪郭をぼかし視認性を低下させ高画質化できる。一方で投射側には拡散板161は影響しないため出力映像の解像度を劣化させることはない。また、前述の通り、光分岐部132Wと拡散板161の間に偏光フィルタ162を配置してもよい。 Therefore, the diffuser plate 161 is provided between the condensing lenses 142 and 143 and the light branching portion 132W as a brightness uniforming means as in the above. Light is diffused by the diffusing plate, and the outline of the conjugate image of the exit surface 153 of the light integrator 151 is blurred, thereby reducing the visibility and improving the image quality. On the other hand, since the diffusion plate 161 does not affect the projection side, the resolution of the output image is not deteriorated. Further, as described above, the polarizing filter 162 may be arranged between the light branching section 132W and the diffusion plate 161. FIG.

以上、本実施例に示した構成により、光学系の小型化と高画質化とを両立させる照明光学部と、それを用いて映像を表示する映像表示部を有する映像投影装置を提供できる。 As described above, with the configuration shown in this embodiment, it is possible to provide an image projection apparatus having an illumination optical unit that achieves both compactness of the optical system and high image quality, and an image display unit that uses the illumination optical unit to display an image.

図8は、本実施例における映像表示部121に透過型の液晶パネルを用いた場合の映像生成部101の構成概略図である。映像生成部101内の光源150からの光は光積分器151で混色及び均一化された後に集光レンズ142及び143で略コリメート光となる。映像表示部121に透過型の液晶パネルを用いた場合、光分岐部の搭載は不要であり、集光レンズ142及び143で略コリメート光とされた光によって映像表示部121を照明する。映像表示部121を透過した光はONとなる画素のみ偏光方向が変換され映像表示部121に合わせて搭載される偏光フィルタ160を透過して投射部122を介して映像として投影される。 FIG. 8 is a schematic diagram of the configuration of the image generation unit 101 when a transmissive liquid crystal panel is used for the image display unit 121 in this embodiment. The light from the light source 150 in the image generation unit 101 is color-mixed and homogenized by the light integrator 151 , and then converted into substantially collimated light by the condensing lenses 142 and 143 . When a transmissive liquid crystal panel is used for the image display section 121, it is not necessary to mount a light branching section, and the image display section 121 is illuminated with light substantially collimated by the condensing lenses 142 and 143. FIG. The light transmitted through the image display unit 121 is converted in the polarization direction only in pixels that are turned ON, is transmitted through the polarizing filter 160 mounted in accordance with the image display unit 121, and is projected as an image through the projection unit 122. FIG.

本実施例の映像生成部101の構成においても集光レンズ142、143と投射部122との関係により、光積分器151の出射面153の共役像が略共役な位置関係にある投射部122の射出瞳位置122pに生じる。従って、本光学系をHMDに適用した場合、ユーザは映像表示部121の虚像映像の手前に、光積分器151の出射面153の共役像が重畳されたように見えてしまい、映像の視認性が低下する。更に前述の通り、導光板を用いたHMDの場合は、導光板がアイボックスを拡大するために投射部122の射出瞳を複製する機能を有する。従って、特にビームスプリッタミラーアレイ型の導光板を用いた場合は、上記共役像が導光板で複製され映像の視認性はさらに大きく低下する。 In the configuration of the image generation unit 101 of this embodiment as well, due to the relationship between the condensing lenses 142 and 143 and the projection unit 122, the conjugate image of the output surface 153 of the light integrator 151 is in a substantially conjugate positional relationship. It occurs at the exit pupil position 122p. Therefore, when this optical system is applied to an HMD, the user sees the conjugate image of the exit surface 153 of the light integrator 151 superimposed in front of the virtual image of the image display unit 121, resulting in poor visibility of the image. decreases. Furthermore, as described above, in the case of an HMD using a light guide plate, the light guide plate has a function of duplicating the exit pupil of the projection unit 122 in order to enlarge the eyebox. Therefore, especially when a beam splitter mirror array type light guide plate is used, the conjugate image is duplicated on the light guide plate, further reducing the visibility of the image.

そこで、映像の解像度には影響せずに共役像のみをぼかして視認性を低下させるための輝度均一化手段としての拡散板161を配置する。拡散板161はなるべく光積分器151の出射面153から遠い位置に配置することで小さな拡散角の拡散板で共役像の視認性低減効果を得て高画質化でき、拡散角が小さいことにより光利用効率の劣化は抑制できる利点がある。そこで、集光レンズ143と映像表示部121の間に拡散板161を配置することで光利用効率と視認性の改善を両立できる。 Therefore, a diffuser plate 161 is arranged as luminance equalization means for reducing visibility by blurring only the conjugate image without affecting the resolution of the image. By arranging the diffusion plate 161 as far away from the exit surface 153 of the light integrator 151 as possible, a diffusion plate with a small diffusion angle can obtain the effect of reducing the visibility of the conjugate image and improve image quality. There is an advantage that deterioration of utilization efficiency can be suppressed. Therefore, by arranging the diffusion plate 161 between the condenser lens 143 and the image display section 121, it is possible to improve both the light utilization efficiency and the visibility.

また、コントラストを向上するために、所定の偏光方向のみを透過させる偏光フィルタ162を照明側に配置してもよく、拡散板161で偏光が乱されるため拡散板161の後に偏光フィルタ162を配置することでよりコントラスト向上効果を得られる。 Also, in order to improve the contrast, a polarizing filter 162 that transmits only light in a predetermined polarization direction may be placed on the illumination side. By doing so, the effect of improving the contrast can be obtained.

同様に映像表示部121と投射部122の間にも、所定の偏光方向のみを透過させる偏光フィルタ160を配置することで投射部122によって投射される映像のコントラストを向上できる。 Similarly, the contrast of the image projected by the projection unit 122 can be improved by arranging the polarizing filter 160 that transmits only a predetermined polarization direction between the image display unit 121 and the projection unit 122 .

図9は、映像表示部121にデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)パネルを用いた場合の映像生成部101の構成概略図である。映像生成部101内の光源150からの発した光は光積分器151で混色及び均一化される。ミラーの角度によって光の反射角度を変えて画素のON/OFFを表現するDMDパネルでは照明光をパネルに対して斜めに入射させる必要がある。この時、照明光学系には斜入射による収差補正を行うプリズムも必要となる。従って光積分器151からの光をコリメートするレンズ系と収差補正プリズムが必要となりサイズが大型化する。そこで図9では集光レンズ142と、後段の集光レンズを収差補正のプリズムと一体化させた凹面複合プリズム170としている。集光レンズ142と凹面複合プリズム170によって、コリメート光化と斜入射による収差が補正された照明光は光分岐部132を経て映像表示部121を照明する。 FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the image generation unit 101 when a digital micromirror device (DMD) panel is used for the image display unit 121. As shown in FIG. Light emitted from the light source 150 in the image generator 101 is mixed and homogenized by the light integrator 151 . In a DMD panel that expresses ON/OFF of a pixel by changing the reflection angle of light depending on the angle of the mirror, illumination light needs to be obliquely incident on the panel. At this time, the illumination optical system also requires a prism for correcting aberration due to oblique incidence. Therefore, a lens system for collimating the light from the light integrator 151 and an aberration correction prism are required, resulting in an increase in size. Therefore, in FIG. 9, the condensing lens 142 and the condensing lens in the latter stage are formed as a concave compound prism 170 in which the aberration correcting prism is integrated. The illumination light, which is collimated by the condenser lens 142 and the concave compound prism 170 and whose aberration due to oblique incidence is corrected, passes through the light branching section 132 and illuminates the image display section 121 .

ミラーの角度によって光の反射角度を変えて画素のON/OFFを表現するDMDパネルではONの光は光線角度が変換され光分岐部132の反射面171で全反射する角度となってDMDパネルから出力される。光分岐部132の反射面171で内部全反射した映像光は投射部122を介して映像として投影される。 In a DMD panel that expresses ON/OFF of a pixel by changing the reflection angle of light depending on the angle of the mirror, the light beam angle of the ON light is converted to an angle at which it is totally reflected by the reflecting surface 171 of the light branching unit 132, and the light is reflected from the DMD panel. output. The image light totally internally reflected by the reflecting surface 171 of the light branching section 132 is projected as an image through the projection section 122 .

DMDパネルを用いた映像生成部101の構成においても、集光レンズ142、凹面複合プリズム170と投射部122との関係により、光積分器151の出射面153の共役像が略共役な位置関係にある投射部122の射出瞳位置122pに生じる。従って、本光学系をHMDに適用した場合、ユーザは映像表示部121の虚像映像の手前に、光積分器151の出射面153の共役像が重畳されたように見えてしまい、映像の視認性が低下する。更に前述の通り、導光板を用いたHMDの場合は、導光板がアイボックスを拡大するために投射部122の射出瞳を複製する機能を有する。従って、特にビームスプリッタミラーアレイ型の導光板を用いた場合は、上記共役像が導光板で複製され映像の視認性はさらに大きく低下する。 Even in the configuration of the image generation section 101 using the DMD panel, the conjugate image of the exit surface 153 of the light integrator 151 is in a substantially conjugate positional relationship due to the relationship between the condenser lens 142, the concave compound prism 170, and the projection section 122. It occurs at the exit pupil position 122p of a certain projection unit 122. FIG. Therefore, when this optical system is applied to an HMD, the user sees the conjugate image of the exit surface 153 of the light integrator 151 superimposed in front of the virtual image of the image display unit 121, resulting in poor visibility of the image. decreases. Furthermore, as described above, in the case of an HMD using a light guide plate, the light guide plate has a function of duplicating the exit pupil of the projection unit 122 in order to enlarge the eyebox. Therefore, especially when a beam splitter mirror array type light guide plate is used, the conjugate image is duplicated on the light guide plate, further reducing the visibility of the image.

そこで、映像の解像度には影響せずに共役像のみをぼかして視認性を低下させるために、輝度均一化手段としての拡散板161を配置する。拡散板161はなるべく光積分器151の出射面153から遠い位置に配置することで小さな拡散角の拡散板で共役像の視認性低減効果を得て高画質化でき、かつ拡散角が小さいことにより光利用効率の劣化は抑制できる利点がある。そこで、凹面複合プリズム170と光分岐部132の間に拡散板161を配置することで光利用効率と視認性の改善を両立できる。 Therefore, in order to blur only the conjugate image and lower the visibility without affecting the resolution of the image, a diffuser plate 161 is arranged as luminance uniforming means. By arranging the diffuser plate 161 as far away from the exit surface 153 of the light integrator 151 as possible, the effect of reducing the visibility of the conjugate image can be obtained with a diffuser plate having a small diffusion angle, and the image quality can be improved. There is an advantage that deterioration of light utilization efficiency can be suppressed. Therefore, by arranging the diffusion plate 161 between the concave compound prism 170 and the light branching portion 132, it is possible to improve both the light utilization efficiency and the visibility.

以上、本実施例に示した構成により光積分器を用いた小型照明光学系において、光利用効率と視認性を両立したHMDを提供できる。 As described above, in the compact illumination optical system using the light integrator, the structure shown in this embodiment can provide an HMD that achieves both light utilization efficiency and visibility.

本実施例では、上記実施例1、2で述べた映像生成部101を搭載したHMDの応用例について説明する。図10は、本実施例におけるHMDの使用例を示す図である。図10において、図4Aと同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。 In this embodiment, an application example of the HMD equipped with the video generation unit 101 described in the first and second embodiments will be described. FIG. 10 is a diagram showing a usage example of the HMD in this embodiment. In FIG. 10, the same components as those in FIG. 4A are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図10において、ユーザ2の視界には、HMD10からの映像(虚像)表示領域111にコンテンツが表示される。例えば産業機器の点検や組立て等における作業手順書301や図面302が表示される。映像表示領域111には限りがあるので、これら作業手順書301や図面302を同時に表示するとコンテンツが小さくなり、視認性が悪くなる。そこで、ユーザ2の頭の向きを加速度センサで検出するヘッドトラッキングを行い、頭の向きに応じて表示コンテンツを変えることで、視認性が改善される。すなわち、図10において、ユーザ2が左を向いた状態で映像表示領域111に作業手順書301が表示されているが、ユーザが右を向くと、映像表示領域111に図面302が表示され、あたかも、作業手順書301と図面302を広い視野で視認できる仮想の映像表示領域112があるように表示することができる。 In FIG. 10 , content is displayed in a video (virtual image) display area 111 from the HMD 10 in the field of view of the user 2 . For example, a work procedure manual 301 and a drawing 302 for inspection and assembly of industrial equipment are displayed. Since the image display area 111 is limited, if the work procedure manual 301 and the drawing 302 are displayed at the same time, the content becomes small and visibility deteriorates. Therefore, visibility is improved by performing head tracking in which the direction of the head of the user 2 is detected by an acceleration sensor and changing the display content according to the direction of the head. That is, in FIG. 10, the work procedure manual 301 is displayed in the video display area 111 when the user 2 faces left, but when the user turns right, the drawing 302 is displayed in the video display area 111, as if , the work procedure manual 301 and the drawing 302 can be displayed as if there is a virtual image display area 112 that allows visual recognition in a wide field of view.

これにより、視認性が改善されるとともに、ユーザ2は、作業対象物(機器や工具など)と作業指示を同時に視認しながら作業を実行することができるので、より確実な作業が可能となりミスを低減することができる。 As a result, the visibility is improved, and the user 2 can perform the work while visually recognizing the work target (equipment, tools, etc.) and the work instructions at the same time. can be reduced.

図11は、本実施例におけるHMDの機能ブロック構成図である。図11において、図1と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図11において、図1と異なる点は、特にヘッドトラッキング機能を付加した点である。すなわち、HMD10の画像信号処理部103Aには、ヘッドトラッキング部103Hを設けている。ヘッドトラッキング部103Hは、センシング部106Aの加速度センサ106Hの情報をもとにユーザ2の頭の向きを検出し、頭の向きに応じて表示コンテンツを変更する。 FIG. 11 is a functional block configuration diagram of the HMD in this embodiment. In FIG. 11, the same components as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. 11 differs from FIG. 1 in that a head tracking function is added. That is, the image signal processing section 103A of the HMD 10 is provided with a head tracking section 103H. The head tracking unit 103H detects the direction of the head of the user 2 based on information from the acceleration sensor 106H of the sensing unit 106A, and changes display content according to the direction of the head.

また、HMDは屋内外で使用する。従って、周囲環境の明るさに応じて表示映像の輝度も調節する必要がある。一例として、センシング部106Aに照度センサ106Mを搭載し、照度センサ106Mの出力に応じて画像信号処理部103Aが表示する映像の輝度を調節すればよい。 HMDs are used indoors and outdoors. Therefore, it is necessary to adjust the brightness of the displayed image according to the brightness of the surrounding environment. As an example, an illuminance sensor 106M may be mounted in the sensing unit 106A, and the brightness of the image displayed by the image signal processing unit 103A may be adjusted according to the output of the illuminance sensor 106M.

以上実施例について説明したが、本発明は、映像投影装置の表示映像の高画質化を図りながら光学系の小型化を図ることで、使用材料の量を抑えることができる。そのため、炭素排出量を減らし、地球温暖化を防止することができ、SDGs(Sustainable Development Goals)を実現するための特に項目7のエネルギーに貢献する。 Although the embodiments have been described above, the present invention can reduce the amount of materials used by miniaturizing the optical system while improving the quality of the displayed image of the image projection device. Therefore, it is possible to reduce carbon emissions, prevent global warming, and contribute especially to item 7 energy for realizing SDGs (Sustainable Development Goals).

また、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記のHMDおよび映像生成部101の機能構成は、理解を容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本発明が制限されることはない。HMDおよび映像生成部101の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、1つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。 Moreover, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the functional configurations of the HMD and the video generation unit 101 described above are classified according to main processing contents for easy understanding. The present invention is not limited by the method of classifying the constituent elements or their names. The configuration of the HMD and image generation unit 101 can be classified into more components according to the processing content. Also, one component can be grouped to perform more processing.

また、本発明はHMDだけでなく、各実施例で説明した映像生成部101の構成を有する他の映像(虚像)表示装置にも同様に適用できることは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention can be applied not only to HMDs but also to other video (virtual image) display devices having the configuration of the video generation unit 101 described in each embodiment.

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。 Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. It is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

1:映像投影装置、10:HMD、101:映像生成部、102:制御部、103:画像信号処理部、104:電力供給部、105:記憶部、106:センシング部、107:通信部、108:音声処理部、109:撮像部、91~93:入出力部、111:映像表示領域、112:仮想の映像表示領域、120:照明光学部、121:映像表示部、122:投射部、123:導光部、132W:光分岐部、150:光源、151:光積分器、152:入射面、153:出射面、154:散乱粒子、155、156:主面、157:出射反射面群、158:入射反射面、160、162:偏光フィルタ、161:拡散板、170:凹面複合プリズム 1: video projection device, 10: HMD, 101: video generation unit, 102: control unit, 103: image signal processing unit, 104: power supply unit, 105: storage unit, 106: sensing unit, 107: communication unit, 108 : audio processing unit, 109: imaging unit, 91 to 93: input/output unit, 111: image display area, 112: virtual image display area, 120: illumination optical unit, 121: image display unit, 122: projection unit, 123 : light guide section 132W: light branching section 150: light source 151: light integrator 152: entrance surface 153: exit surface 154: scattering particles 155, 156: principal surfaces 157: exit/reflection surface group 158: incident reflecting surface, 160, 162: polarizing filter, 161: diffusion plate, 170: concave compound prism

Claims (15)

映像を表示する映像表示部を照明する照明光学部であって、
光を発する光源と、
前記光源からの発散光を略コリメート光に変換するレンズ部と、
前記レンズ部から出射した光が入射し前記映像表示部へ向かう照明光の光路と前記映像表示部からの光を投射部側の光路へ分岐するための光分岐部を備え、
前記光分岐部は前記照明光を出射する2つ以上の出射反射面を有することを特徴とする照明光学部。
An illumination optical unit that illuminates an image display unit that displays an image,
a light source that emits light;
a lens unit that converts divergent light from the light source into substantially collimated light;
an optical path of illumination light directed to the image display unit on which light emitted from the lens unit is incident;
The illumination optical unit, wherein the light branching unit has two or more output reflection surfaces for outputting the illumination light.
請求項1に記載の照明光学部であって、
前記光分岐部は照明光を内部反射で閉じ込める略平行な1組の主面を有し、
前記2つ以上の出射反射面の間隔は前記映像表示部の所定の一辺の長さより小さいことを特徴とする照明光学部。
The illumination optical unit according to claim 1,
the light branching portion has a pair of substantially parallel main surfaces that confine illumination light by internal reflection;
The illumination optical unit, wherein the distance between the two or more output reflection surfaces is smaller than a predetermined length of one side of the image display unit.
請求項1に記載の照明光学部であって、
前記光分岐部は照明光を内部反射で閉じ込める略平行な1組の主面を有し、
前記出射反射面に形成される反射膜は偏光性の反射膜であり、
前記光分岐部と前記投射部との間に偏光フィルタを配置したことを特徴とする照明光学部。
The illumination optical unit according to claim 1,
the light branching portion has a pair of substantially parallel main surfaces that confine illumination light by internal reflection;
the reflective film formed on the output reflective surface is a polarizing reflective film,
An illumination optical unit, wherein a polarizing filter is arranged between the light branching unit and the projection unit.
請求項1に記載の照明光学部であって、
前記出射反射面は部分的に光を反射する部分反射面であり、
前記2つ以上の出射反射面の反射率は前記光分岐部の入射部から遠いほど高いことを特徴とする照明光学部。
The illumination optical unit according to claim 1,
the output reflecting surface is a partially reflecting surface that partially reflects light;
The illumination optical unit, wherein the reflectance of the two or more output reflecting surfaces increases as the distance from the incident portion of the light branching unit increases.
請求項1に記載の照明光学部であって、
前記光分岐部と前記映像表示部は1mm以上の間隔で配置されることを特徴とする照明光学部。
The illumination optical unit according to claim 1,
The illumination optical unit, wherein the light branching unit and the image display unit are arranged with an interval of 1 mm or more.
請求項1に記載の照明光学部であって、
前記光分岐部の2つ以上の出射反射面の配列方向と前記映像表示部の有効領域の短辺方向が略平行であることを特徴とする照明光学部。
The illumination optical unit according to claim 1,
An illumination optical section, wherein the arrangement direction of the two or more output reflection surfaces of the light branching section and the short side direction of the effective area of the image display section are substantially parallel to each other.
請求項1に記載の照明光学部であって、
前記光源からの光が入射され前記レンズ部に出射する光積分器を有し、
前記光積分器は、四角柱や円柱に類似した形状でその内部は所定の透明度の高い媒質Aで満たされ、前記媒質Aとは異なる屈折率の透明度の高い媒質Bによる散乱粒子が充填されていることを特徴とする照明光学部。
The illumination optical unit according to claim 1,
a light integrator into which light from the light source is incident and emitted to the lens unit;
The light integrator has a shape similar to a rectangular prism or a cylinder, and is filled with a predetermined highly transparent medium A, and is filled with scattering particles from a highly transparent medium B having a refractive index different from that of the medium A. and an illumination optical unit.
請求項1に記載の照明光学部であって、
前記光源からの光が入射され前記レンズ部に出射する光積分器を有し、
前記光積分器は、四角柱や円柱に類似した形状で、その内部は所定の透明度の高い媒質Aで満たされた層と、前記媒質Aとは異なる屈折率の透明度の高い媒質Bによる散乱粒子が充填された層とに分離されていることを特徴とする照明光学部。
The illumination optical unit according to claim 1,
a light integrator into which light from the light source is incident and emitted to the lens unit;
The light integrator has a shape similar to a square prism or a cylinder, and the inside thereof is a layer filled with a medium A having a predetermined high transparency, and scattering particles from a medium B having a high transparency and a refractive index different from that of the medium A. is separated into a layer filled with .
請求項1に記載の照明光学部であって、
前記光分岐部と前記レンズ部との間に輝度均一化手段を備えることを特徴とする照明光学部。
The illumination optical unit according to claim 1,
An illumination optical unit, comprising a luminance equalizing unit between the light branching unit and the lens unit.
請求項1に記載の照明光学部であって、
前記光源からの光が入射され前記レンズ部に出射する光積分器を有し、
前記光積分器は四角柱や円柱に類似した形状で内部は所定の透明度の高い媒質Aで満たされており、
前記光分岐部と前記レンズ部との間に輝度均一化手段としての拡散板を備えることを特徴とする照明光学部。
The illumination optical unit according to claim 1,
a light integrator into which light from the light source is incident and emitted to the lens unit;
The light integrator has a shape similar to a square prism or a cylinder, and the inside is filled with a medium A having a predetermined high transparency,
An illumination optical section, comprising a diffuser plate as luminance equalizing means between the light branching section and the lens section.
映像を投影する映像投影装置であって、
映像を表示する映像表示部と、
前記映像表示部を照明する照明光学部と、
前記映像表示部の映像光を拡大し虚像として投射する投射部を備え、
前記照明光学部は、
光を発する光源と、
前記光源からの光が入射され内部を所定の透明度の高い媒質と散乱粒子で満たされた光積分器と、
前記光積分器からの光を略コリメート光に変換するレンズ部を有し、
前記映像表示部と前記レンズ部との間に輝度均一化手段を備えることを特徴とする映像投影装置。
A video projection device that projects a video,
a video display unit for displaying video;
an illumination optical unit that illuminates the image display unit;
A projection unit that magnifies the image light of the image display unit and projects it as a virtual image,
The illumination optical unit is
a light source that emits light;
a light integrator in which the light from the light source is incident and the interior of which is filled with a predetermined highly transparent medium and scattering particles;
having a lens unit that converts the light from the light integrator into substantially collimated light;
An image projection apparatus, comprising luminance equalizing means between the image display section and the lens section.
請求項11に記載の映像投影装置であって、
前記映像表示部は、透過型の液晶パネルで構成されることを特徴とする映像投影装置。
The video projection device according to claim 11,
The image projection device, wherein the image display section is composed of a transmissive liquid crystal panel.
請求項11に記載の映像投影装置であって、
前記レンズ部から出射した光が入射し前記映像表示部へ向かう照明光の光路と前記映像表示部からの光を前記投射部側の光路へ分岐するための光分岐部を備え、
前記光分岐部は、前記照明光を内部反射で閉じ込める略平行な1組の主面と、前記照明光を出射する2つ以上の出射反射面を有し、
前記光分岐部と前記投射部との間に偏光フィルタを配置したことを特徴とする映像投影装置。
The video projection device according to claim 11,
an optical path of illumination light directed to the image display unit on which light emitted from the lens unit is incident, and a light branching unit for branching the light from the image display unit to the optical path on the projection unit side,
the light branching unit has a pair of substantially parallel principal surfaces for confining the illumination light by internal reflection, and two or more emission reflection surfaces for emitting the illumination light,
An image projection apparatus, wherein a polarizing filter is arranged between the light branching section and the projection section.
請求項11に記載の映像投影装置であって、
前記投射部からの映像光の複製を行いユーザの瞳へ伝達する導光部を備え、
前記導光部は、2つ以上の部分反射面である出射反射面を有し、ユーザの視野内に映像を表示するヘッドマウントディスプレイとして機能することを特徴とする映像投影装置。
The video projection device according to claim 11,
A light guide unit that duplicates the image light from the projection unit and transmits it to a user's pupil,
The image projection device, wherein the light guide section has two or more exit reflection surfaces that are partial reflection surfaces, and functions as a head-mounted display that displays an image within a user's visual field.
請求項11に記載の映像投影装置であって、
電力を供給する電力供給部と、
ユーザの位置や姿勢を検出するセンシング部と、
音声信号の入力または出力を行う音声処理部と、
前記電力供給部と前記センシング部と前記音声処理部の制御を行う制御部を備えることを特徴とする映像投影装置。
The video projection device according to claim 11,
a power supply unit that supplies power;
a sensing unit that detects the position and orientation of the user;
an audio processing unit that inputs or outputs an audio signal;
A video projection apparatus, comprising: a control section that controls the power supply section, the sensing section, and the audio processing section.
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